[发明专利]一种高稳定锌碘电池正极复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种高稳定锌碘电池正极复合材料及其制备方法与应用。所述高稳定锌碘电池正极复合材料包括共价有机框架化合物衍生的掺杂型多孔碳和活性碘；所述掺杂型多孔碳的掺杂元素为氮、磷、硼中的任意一种。本发明将共价有机框架化合物衍生的掺杂型多孔碳与活性碘复合形成了电化学性能优异的锌‑碘电池正极材料，掺杂型多孔碳存在大量的孔隙和丰富的活性位点，能够很好地束缚活性碘在循环中形成的聚碘阴离子，抑制聚碘阴离子扩散，抑制活性碘的穿梭效应，使得碘正极更加稳定，有效解决了锌碘电池所面临的问题。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种高稳定锌碘电池正极复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着目前人们对数码电子产品、电动工具、电动汽车、大规模储能设备等的需求逐渐增强，高性能大容量的二次储能可充放电电池的开发迫在眉睫。电极材料作为电池组成中决定电池储能的关键部分，开发具有高稳定、长寿命、高容量的电极材料至关重要。

由于金属锌具有电极电势低，能量密度高、环境友好、在水中稳定等优点，基于水相电解质的锌二次电池因此被视为一种有前途的能源存储器件，在最近十年引起了人们的关注。碘是一种具有高能量密度的电极材料，且来源广泛、成本低廉、环境友好。基于锌与碘之间的可逆化学反应的电池设计有望获得具有高能量密度且绿色廉价的二次电池。世纪八十年代，日本科学家进行了一些相关的初步研究，但是普遍面临正极载碘量有限、电池容量衰减剧烈的问题。2015年，美国西北太平洋国家实验室的王伟等人报道了水相锌碘液流电池，在该电池设计中，锌元素和碘元素被存储于水相电解质中，电池能量密度达到167Wh L-1，但稳定循环性还是不尽如人意，因为锌-碘电池中正极的I3-/I-离子的氧化还原反应和穿梭效应，易导致循环过程中容量迅速衰减和库伦效率逐渐降低。

目前，现有技术中公开了一种水相电解质体系锌碘二次电池，正极为含碘复合材料，包括碘/多孔活性碳粉复合物、碘/介孔碳复合物、碘/碳纳米管复合物或碘/活性碳纤维复合物的一种或几种，虽然该锌碘电池表现出了较好的库伦效率，但是正极的稳定性还有待加强，在前500周的充放电循环中依然存在容量衰减的问题。有研究者提出采用杂原子掺杂碳基底，能够増强碳基底与碘物种之间的吸附作用，从而进一步提升电池中氧化还原反应的可逆性和电池的循环稳定性，这虽然是一种有效的策略，但事实上掺杂所带来的活性位点比较有限，仍旧限制了锌碘电池的应用。因此，对于锌碘电池正极材料的研究还需要进行更深入的探索才能够满足锌碘电池进行广泛应用的稳定性要求。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种高稳定锌碘电池正极复合材料及其制备方法与应用，本发明将共价有机框架化合物衍生的掺杂型多孔碳与活性碘复合形成了电化学性能优异的锌-碘电池正极材料，共价有机框架化合物衍生的掺杂型多孔碳存在大量的孔隙和丰富的活性位点，能够很好地束缚活性碘在循环中形成的聚碘阴离子，抑制聚碘阴离子扩散，抑制活性碘的穿梭效应，使得碘正极更加稳定，有效解决了锌碘电池所面临的稳定性差的问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种高稳定锌碘电池正极复合材料，所述正极复合材料包括共价有机框架化合物衍生的掺杂型多孔碳和活性碘；

所述掺杂型多孔碳的掺杂元素为氮、磷、硼中的任意一种。

本发明第二方面提供一种上述高稳定锌碘电池正极复合材料的制备方法，具体包括：

(1)制备或获取掺杂型共价有机框架化合物；

(2)将步骤(1)获得的掺杂型共价有机框架化合物进行热处理，然后冷却降温，得到掺杂型多孔碳；

(3)将活性碘与掺杂型多孔碳混合均匀，然后进行热处理，冷却降温后即得高稳定锌碘电池正极复合材料。